行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
低塑性粉土沖蝕性質研究 研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型
計 畫 編 號 ： NSC 100-2221-E-011-116-
執 行 期 間 ： 100 年 08 月 01 日至 101 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學研究發展處
計 畫 主 持 人 ： 李維峰
公 開 資 訊 ： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 101 年 11 月 26 日
中 文 摘 要 ： 由於低塑性粉土地層常引發深開挖管土層湧破壞，及樁基礎 因摩擦力發揮不足而産生過量沉陷等地工災害，故引起各界 對土壤內沖蝕蝕性質之研究興趣，但受限於現有分析方法不 適用於低塑性粉土，相關研究至今仍未見具體研究成果。
為瞭解低塑性粉土之內沖蝕性質，本研究將結合傳統三軸試 驗可改變土壤應力狀態之功能，與傳統針孔試驗可探討土壤 內沖蝕性質之特性，自行開發 Flexible Wall Pin Hole 試驗 儀(簡稱 FWPH 試驗儀)，且為考量長期地下水滲流行為與瞬間 地下水位變化對低塑性粉土內沖蝕性質之影響，發展穩定壓 力差試驗法與驟變壓力差試驗法，以探討不同細粒料含量、
緊密程度與有效應力狀態下，低塑性粉土於之內沖蝕性質變 化。
試驗結果顯示，於兩種滲流模式所引起之內沖蝕作用下，土 壤之抗沖蝕能力會隨土壤低塑性細粒料與孔隙比增加而降 低，而就有效應力而言，於穩定壓力差狀態下，提昇土壤有 效應力可增強土壤之極限抗內沖蝕能力，但於驟變壓力差狀 態下，土壤之有效應力增大時，土壤之極限抗內沖蝕能力會 隨之降低。
中文關鍵詞： 低塑性粉土、內沖蝕性質、Flexible Wall Pin Hole 試驗儀 英 文 摘 要 ： The piping failure of deep excavation and the
settlement excessive design value of pile foundation were occurred frequently in the non-plastic silty sand layer. So it came into interest by recent researchers on the internal erosion properties of silty sand. But the limit of traditional analysis method could not apply to non-plastic silty sand, so the relevant research didn＇t have specific results yet.
In order to understand the internal erosion properties of silty sand, author combined the
conventional triaxial test and pinhole test method to invent a new test apparatus named Flexible Wall Pin Hole test. It considers the different fines content, void ratio and confining pressure effects on the internal erosion properties. Author invented two new test methods, steady pressure difference test method and sudden pressure difference test method, to
The test results show that, in the steady pressure difference and sudden pressure difference condition, the capability of internal erosion resistance was increase with non-plastic fines content and void ratio increase. Besides, in steady pressure difference condition, the capability of internal erosion resistance was increase with confining
pressure increase. On the other hand, the capability of internal erosion resistance is decrease with confining pressure increase in sudden pressure difference condition.
英文關鍵詞： Non-plastic Silty Sand, Internal Erosion Properties, Flexible Wall Pin Hole Test Apparatus
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■成果報告
□期中進度報告
低塑性粉土沖蝕性質研究
計畫類別：■個別型計畫 □整合型計畫 計畫編號：
執行期間：2011 年 08 月 01 日至 2012 年 7 月 31 日
執行機構及系所：
國立台灣科技大學研發處 計畫主持人：李維峰 共同主持人：
計畫參與人員：
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整報告
本計畫除繳交成果報告外，另須繳交以下出國心得報告：
□赴國外出差或研習心得報告
□赴大陸地區出差或研習心得報告
□出席國際學術會議心得報告
□國際合作研究計畫國外研究報告
處理方式：除列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢
□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢
摘 要
由於低塑性粉土地層常引發深開挖管土層湧破壞，及樁基礎因摩擦力發揮不足而産生 過量沉陷等地工災害，故引起各界對土壤內沖蝕蝕性質之研究興趣，但受限於現有分析方 法不適用於低塑性粉土，相關研究至今仍未見具體研究成果。
為瞭解低塑性粉土之內沖蝕性質，本研究將結合傳統三軸試驗可改變土壤應力狀態之 功能，與傳統針孔試驗可探討土壤內沖蝕性質之特性，自行開發Flexible Wall Pin Hole 試 驗儀(簡稱 FWPH 試驗儀)，且為考量長期地下水滲流行為與瞬間地下水位變化對低塑性粉 土內沖蝕性質之影響，發展穩定壓力差試驗法與驟變壓力差試驗法，以探討不同細粒料含 量、緊密程度與有效應力狀態下，低塑性粉土於之內沖蝕性質變化。
試驗結果顯示，於兩種滲流模式所引起之內沖蝕作用下，土壤之抗沖蝕能力會隨土壤 低塑性細粒料與孔隙比增加而降低，而就有效應力而言，於穩定壓力差狀態下，提昇土壤 有效應力可增強土壤之極限抗內沖蝕能力，但於驟變壓力差狀態下，土壤之有效應力增大 時，土壤之極限抗內沖蝕能力會隨之降低。
關鍵字：低塑性粉土、內沖蝕性質、Flexible Wall Pin Hole 試驗儀
ABSTRACT
The piping failure of deep excavation and the settlement excessive design value of pile foundation were occurred frequently in the non-plastic silty sand layer. So it came into interest by recent researchers on the internal erosion properties of silty sand. But the limit of traditional analysis method could not apply to non-plastic silty sand, so the relevant research didn’t have specific results yet.
In order to understand the internal erosion properties of silty sand, author combined the conventional triaxial test and pinhole test method to invent a new test apparatus named Flexible Wall Pin Hole test. It considers the different fines content, void ratio and confining pressure effects on the internal erosion properties. Author invented two new test methods, steady pressure difference test method and sudden pressure difference test method, to consider the internal erosion behavior by long-term seepage flow and sudden groundwater table change
The test results show that, in the steady pressure difference and sudden pressure difference condition, the capability of internal erosion resistance was increase with non-plastic fines content and void ratio increase. Besides, in steady pressure difference condition, the capability of internal erosion resistance was increase with confining pressure increase. On the other hand, the capability of internal erosion resistance is decrease with confining pressure increase in sudden pressure difference condition.
Keywords:
Non-plastic Silty Sand, Internal Erosion Properties, Flexible Wall Pin Hole Test Apparatus
1-1 研究 199 地質資料 認知的細 Lade(19 盆地、東 此等地層 工程建設 堤段下陷 外事件接 粉土工程 土壤力學
(
究背景 99 年 921 地 料調查發現 細粒料含量 998)之研究
東部之宜蘭 層上陸續進 設的過程中 陷量超出估 接二連三的 程性質之研 學概念模式
(a)台中港區
(c)填土路堤 沉陷導
地震於霧峰 現，受災地 量超過 30％
究，也提出粉 蘭及花蓮，皆 進行了括含捷 中發現，如 估計值(圖 1 的發生，經鑑 研究興趣，其 式，並探討重
區集集震土
堤下陷量超出 圖1 高 導致變形
ㄧ
峰、台中港及 地區地層中含
％之土層不會 粉土層常會
皆含有厚層 捷運系統、
如高雄捷運因 (c))，高鐵橋 鑑定均與低 其中，藉由 重要結構物
土層液化
出估計值 高低塑性粉
、背景與目
及員林地區 含有大量低
會産生液化 會産生液化破
層之低塑性
、高速公路 因深開挖導 橋墩結構因 低塑性粉土 由暸解粉質 物之耐震設
(d 粉土含量土層
目的
區産生多處之 低塑性細粒料
化之行為有所 破壞。台灣 性粉土，且為 路以及高速鐵 導致損鄰事故 因摩擦力發 土地層有關，
質砂土之相關 設計機制，便
(b)捷運
P624 P625
d)摩擦力發 層引發之地
之液化災害 料之粉土(簡
所出入；依 灣西部平原在
為因應區域 鐵路等重大 故(圖 1(b)) 發揮不如預期
，因此，引 關工程性質 便成為重要
運深開挖損鄰
P626 P627
發揮不足引致 地工災害
害(圖 1(a)) 簡稱粉土) 依據 Yamam
在台中以南 域發展之需求 大公共建設
)，公路工程 期(圖 1(d)) 引起學術界對 質，建立粉質 要的課題。
鄰事故示意
P628 P629 P63
致橋墩下陷
，經相關
，與傳統 mura and 南、台北 求，故在
，於這些 程填土路
，此類意 對低塑性 質砂土之
意圖
30 P631
陷示意圖
1-2 研究目的
由許多低塑性粉土地層之深開挖破壞案例中發現，低塑性粉土因土壤顆粒細小且不 具塑性，故易因地下水文改變而造成細粒料流失、土壤孔隙增大，進一步趨使土壤承載 能力降低，造成如管湧及地表坍陷等工程災害，蒐集國內外相關研究成果發現，一般常 採用針孔試驗(Pinhole test)探討內含有微小裂隙之土壤，受水流沖蝕作用土壤之孔隙與組 構變後，但 ASTM 規範建議此法並不適用於 PI 值小於 4 之低塑性粉土；Kenney and Lau(1985, 1986)提出利用土壤粒徑分佈曲線分析土壤是否會因內部水流沖蝕而産生破壞，
但分析中並未考量土壤孔隙比與水流壓力大小等因素；而Skempton and Brogan(1994)與 Fannin and Moffat(2006)為探討土壤顆粒因水水流流動導致破壞，採用不同滲透儀分析顆 流動現象，但相關研究因於試驗中對試體施加部份外力(如震動力)以模擬現地之擾動行 為，而此部份外力對試驗造成之影響仍有評估與確立。
有鑑於低塑性粉土於國內分佈廣泛，且低塑性粉土內部沖蝕行為對工程界之影響深 遠，但於國內外相關研究成果中，仍未見一套可有效探討於不同顆粒狀態、應力條件與 滲流模式下土壤內沖蝕性質變化之分析方法，因此，本研究結合傳統三軸試驗與針孔試 驗之特點，自行研發一套三軸針孔試驗儀，以探討不同顆粒狀態、應力條件與滲流模式 下土壤之內沖蝕性質變化。又由相關低塑性粉土細粒料流失而引發之工程災害案例中得 知，低塑性粉土細粒料流失行為之誘發主因為長期穩定水頭壓力差所引起之長期土壤內 沖蝕作用，以及瞬間水頭差驟變所導致之短期土內沖蝕作用，因此，本研究利用三軸針 孔試驗儀發展出穩定壓力差試驗法與驟變壓力差試驗法，以探討土壤於不同滲流模式下 之內沖蝕性質。
1-3 研究流程
本研究流程如圖2 所示。本成果報告主要包含四大部份，第一節為背景與目的，說 明本研究之背景、目的及研究內容與方法；第二節為儀器介紹，首先針對本研究開發之 Flexible Wall Pin Hole 試驗儀之儀器特點與設計理念進行介紹，並對內沖蝕試驗方法進行 介紹；第三章為試驗結果與分析；第四節為結論與建議，總結本研究之結果並對未來可 能的研究方向及解決方法提出討論與建議。
圖2 研究流程圖
研究動機與目的
文獻蒐集
三軸針孔試驗儀設計
擾動土樣取得 儀器製造、修改與測試
試驗方法研擬與測試 基本物理性質試驗
低塑性粉土內沖蝕試驗
穩定壓力差試驗法 驟變壓力差試驗法
試驗結果與分析
低塑性粉土內沖蝕性質探討
代表性址場選擇
OK NG
NG
OK
細粒料含量
土壤孔隙比 有效圍壓 土壤孔隙比 細粒料含量 有效圍壓
二、Flexible Wall Pin Hole 試驗儀
一般工程界常採用針孔試驗法探討土壤之內沖蝕效應，但 ASTM 規範中 D4647-06 條文中清楚說明，針孔試驗不適用於塑性指數小於4 之土樣，細粒料含量小於 12％之土 壤，但對於台灣西南部常見之低塑性粉土因其PI 值小於 4，且現地土層多呈中等緊密程 度，故無法以針孔試驗法分析低塑性粉土之內沖蝕性質。研究中為克服現有試驗法之儀 器限制，且更有效模擬土壤之現地狀態，故結合傳統三軸試驗與針孔試驗之特點，自行 研發一套三軸針孔試驗儀，以探討不同顆粒狀態、應力條件與滲流模式下土壤之內沖蝕 性質變化。
2-1 Flexible Wall Pin Hole 試驗儀介紹
Flexible Wall Pin Hole 試驗儀(簡稱 FWPH 試驗儀)為一套改良傳統三軸試驗與針孔試 驗之全新試驗儀器，試體直徑70mm，高 140mm，試體內部比照傳統針孔試驗設置一直 徑1mm 之孔隙縱向貫穿試體，試體頂蓋與透水石設有一直徑 1mm 之孔洞以利沖蝕水流 之導入，且試體底座設計成漏斗狀，並搭配由礫石所組成之濾層以沖蝕過程中流失之土 壤顆粒得以順利排出，儀器示意圖如圖3 所示，儀器相關組件實物如圖 4 所示，相關特 殊功能零件說明如下。
1. 試體頂蓋與透水石：為能於試體內部安置針孔與針頭，以利沖蝕水流之導入試體內部，
試體頂蓋與上部透水石中央設置一直徑1mm 之孔洞，如圖 4(d)(e)。
2. 中空軸桿：軸桿除負責施加軸向應力外，軸桿中央設置埋放長針與沖蝕桿之空間，且 為方便與供水系統相接，軸桿上方設有快速接頭，如圖4(a)(b)。
3. 長細針：直徑 1mm，長度 150mm 之細長鋼針，用以製造垂直貫穿試體之孔隙。
4. 沖蝕桿：直徑 1mm，長度 60mm 之空心細鋼針，於試驗過程中自試體內部注入不同 壓力之沖蝕水流。
5. 試體底座：為讓沖蝕水流順利流出，故底座設計成漏斗狀，且凹槽空間填充粒徑介於 1/4 in.～10 號篩間之礫石為濾層，如圖 4(f)。
6. 中空環型濾紙：為避免土粒在製作過程中掉落於濾石而與底座之間隙，保持試體完整 性，故於試體底部設置外徑70mm，內徑為 50mm 之環型濾紙，如圖 4(f)。
2-2 土壤內沖蝕試驗法
利用FWPH 試驗儀探討土壤內沖蝕性質之方法概述如下：
1. 試體準備：試體之準備流程與一般土壤三軸試驗中飽和試體之準備程序相同。
2. 土壤內沖蝕試驗：
(1)試體完成飽和及壓密後，將穿刺針置入中空承壓桿內，以製造直徑 1mm 之針孔垂
(2)依探討不同原因産生之內沖蝕行為，測試土壤抗內沖蝕能力之試驗步驟可分為兩類，
第一類為探討土壤受穩定地下水滲流影響造成土壤顆粒流失，土壤內形成內沖蝕孔 隙後，土壤所能承受之最大內沖蝕壓力，第二類為探討如開挖等因素造成瞬間孔隙 水壓力差後，土壤所能承受之內沖蝕壓力，兩種試驗步驟分述如下：
A、穩定壓力差試驗法：
(a)將供水管連接到中空承壓桿上方之供水接頭，並供以 10kPa 之固定沖蝕水流進 行土壤內沖蝕試驗，試驗過程中持續記錄沖蝕壓力(Ue)、時間、試體表面變形、
流出液之濃度與流量變化。
(b)若上述步驟持續作用 10 分鐘後，流出液呈現清澈，試體表面無明顯變形，流 出液流量無明顯變化，表示此時之內沖蝕壓力之仍為試體所能承受，故暫時關 閉沖蝕水流，加大沖蝕壓力(10kPa)並重覆上述步驟，直至試體達內沖蝕破壞，
此時停止試驗，記錄此時之沖蝕壓力為土壤之臨界沖蝕壓力(Critical hydraulic press)，並以 Ue,cr 表示之，而試體能承受臨界沖蝕水流作用時間以 Te,cr 表示 之；反之，若沖蝕壓力已達有效圍壓之80%，土壤仍未達破壞條件時，表示土 壤不易因內沖蝕水流作用而産生顆粒流失破壞，以N/A 表示。
B、驟變壓力差試驗法：
(a)將試體之孔隙水壓力調整至 10kPa，並將供水管連接到中空承壓桿上方之供水 接頭，且提供10kPa 之水壓力後，打開試體底部通水閥，試體底部因瞬間向外 滲流之孔隙水壓力而使土壤有效應力降低，孔隙水排出過程中對土壤産生內沖 蝕作用，試驗過程沖蝕針頭持續提供10kPa 之水流，以模擬不斷有水流自後方 土壤中排出，試驗中不斷記錄沖蝕壓力(Ue)、時間、試體表面變形、流出液之 濃度與流量變化。
(b)若上述步驟持續作用 10 分鐘後，流出液呈現清澈，試體表面無明顯變形，流 出液流量無明顯變化，表示此時之內沖蝕壓力之仍為試體所能承受，故暫時關 閉沖蝕水流與出水閥門，加大試體孔隙水壓力與沖蝕壓力達20kPa 後重覆上述 步驟，直至試體達內沖蝕破壞時，即停止試驗，記錄此時之沖蝕壓力為土壤之 臨界沖蝕壓力以Ue,cr 表示之，而試體能承受臨界沖蝕水流作用時間以 Te,cr 表 示之；反之，若沖蝕壓力已達有效圍壓之80%，土壤仍未達破壞條件時，表示 土壤不易因內沖蝕水流作用而産生顆粒流失破壞，以N/A 表示。
(3)於試驗過程中，當出現下列三項現象時，即判定試體已達土壤內沖蝕破壞：
A. 流出液流量突增：由沖蝕水流之水力坡降與流出液流速關係圖中，於固定水力坡 降增量狀態下，當流出液流速突然增加即表示試體已因內沖蝕作用而産生土培 顆粒流失、孔隙增加現象，如圖5(a)所示。
B. 流出液濃度增加：當流出液濃度逐漸由清澈轉為混濁(濃度約為 0.5%)時，即表示 試體內部已開始産生大量土壤流失現象，如圖5(b)所示。
C. 試體表面産生明顯變形：當試體因內沖蝕作用而使土壤顆粒産生大量流失現象時，
試體將因內部孔隙過大與圍壓作用兩因素，而導致試體表面産生明顯變形，如
(a) FWP 試
(e
試驗儀試體
e)試體頂座
體剖面圖
座
圖3
4 F 透
(b)中
FWP 儀器
FWP 儀器實 透水石
中空軸桿 (c
(f)試 器示意圖
實體照片
c)長細針 (d
試體底座
d)沖蝕桿
濾層
(a)水力坡降與流出液流速關係圖
(b)流出液濃度比較圖 (c)試體表面産生明顯變形 圖5 試體內沖蝕破壞判定標準
三、試驗結果與分析 3-1 試驗土樣
本研究中土樣取自於高雄市苓雅區，區域內某潛盾工程曾因低塑性粉土地層管湧破 壞而導致工程損毀與大規模地表下陷問題，如圖 1(b)所示。取得土樣經試驗後判定為低 塑性粉土，又研究中為探討不同緊密程度與細粒料含量對土壤內沖蝕性質之影響，故將 取得之土樣製作成不同細粒料含量與孔隙比之重模土樣，而土樣之基本物理性質如表 1 所示，土壤粒徑分佈曲線如圖6 所示。
此外，圖 7 為低塑性粉土試樣藉由電子顯微鏡(SEM)之取相結果，由圖可知低塑性 粉土顆粒呈次角狀，且顆粒本身具有層狀結構，此與黏土顆粒之片狀構造有所不同，故 低塑性粉土顆粒不具塑性，且易受地下水文變化而産生位移現象。
3-2 試驗結果與分析
研究中為探討低塑性粉土於不同滲流狀態下土壤內沖蝕性質之變化，故利用FWPH 試驗中之穩定壓力差試驗法與驟變壓力差試驗法探討其極限抗內沖蝕壓力之變化，且利 用細粒徑含量(FC)分別為 0%、20%及 40%，孔隙比(e)分別為 0.903~1.003 及 0.778~0.881，
有效圍壓(σc')分別為 100kPa、150kPa 及 200kPa 之重模低塑性粉土試體，探討相關因素
0 100 200 300
0 20 40 60 80
LUO09 σc'=100kPa
，…
水力坡降,i
流速(cm/sec)
KHO7 Remolded sample Confining pressure: 100 kPa
▓Fc= 0%
●Fc= 20%
▲Fc= 40%
圖8 為不同孔隙比與有效應力狀態下，低塑性細粒料含量與土壤內沖蝕性質關係圖，
圖中橫軸為低塑性細粒料含量(Fc)，縱軸為土壤之臨界抗內沖蝕壓力(Ue,cr)，三角點代 表穩定壓力差之試驗結果，矩型點為驟變壓力差之試驗結果，且實心點表示試驗中實際 求得土壤之臨界抗內沖蝕壓力，空心點表示土壤之臨界抗內沖蝕壓力大於 0.8σc'，由圖 可知，無論於穩定壓力差或是驟變壓力差狀態下，土壤之臨界抗內沖蝕壓力會隨土壤中 低塑性細粒料含量增加而降低。
圖6 土樣粒徑分佈曲線 圖7 土樣電子顯微鏡取相 表1 土樣基本物理性質
FC(%) GS emax emin D60
(mm)
D50
(mm)
D30
(mm)
D10
(mm) USCS 0 2.71 1.260 0.736 0.21 0.18 0.12 0.07 SP 20 2.65 1.113 0.527 0.2 0.18 0.1 0.031 SM 40 2.70 1.139 0.499 0.16 0.11 0.045 0.018 SM
表2 FWPH 試驗結果 σc'
(kPa)
FC (%)
穩定壓力差試驗 驟變壓力差試驗
e Ue,cr
(kPa) e Ue,cr
(kPa) e Ue,cr
(kPa) e Ue,cr (kPa)
100
0 1.003 45 0.881 >80 1.003 >80 0.881 >80 20 0.929 35 0.820 >80 0.929 45 0.820 >80 40 0.903 30 0.788 60 0.903 35 0.788 60
150
0 1.003 >120 0.881 >120 1.003 120 0.881 >120 20 0.929 80 0.820 >120 0.929 40 0.820 100 40 0.903 70 0.788 >120 0.903 30 0.788 40
0 1.003 >160 0.881 >160 1.003 60 0.881 >160
0 20 40 60 80 100
0.01 0.1
1
Percent Passing byWeight(%)
Diameter of Particle(mm)
KHO7,Fc=0(for remodel sample) KHO7,Fc=20(for remodel sample) KHO7,Fc=40(for remodel sample)
(a) e=0.903~1.003、σc' =100 kPa (d) e=0.788~0.881、σc' =100 kPa
(b) e=0.903~1.003、σc' =150 kPa (e) e=0.788~0.881、σc' =150 kPa
(c) e=0.903~1.003、σc' =200 kPa (f) e=0.788~0.881、σc' =200 kPa 圖8 細粒料含量與試體臨界沖蝕壓力關係圖
圖9 為不同低塑細粒料含量與有效應力狀態下，土壤孔隙比與土壤內沖蝕性質關係 圖，圖中橫軸為土壤孔隙比(e)，縱軸為土壤之臨界抗內沖蝕壓力(Ue,cr)，三角、菱形及 矩形點分別代表Fc=0%、20%及 40%時之試驗結果，且實心點表示實際求得土壤之極限 抗內沖蝕壓力，空心點表示土壤之極限抗內沖蝕壓力大於 0.8σc'，由圖可知，就相同低 塑性細粒料含量土壤而言，無論於穩定壓力差或是驟變壓力差狀態下，土壤之臨界抗內 沖蝕壓力會隨土壤孔隙比增加而降低。
圖 10 為不同低塑細粒料含量與孔隙比狀態下，土壤有效應力與土壤內沖蝕性質關
(Ue,cr/σc')，三角點代表穩定壓力差之試驗結果，矩型點為驟變壓力差之試驗結果，且實 心點表示實際求得土壤之極限抗內沖蝕壓力，空心點表示土壤之極限抗內沖蝕壓力大於 0.8σc'，由圖可知，於穩定壓力差狀態下，土壤之正規化臨界抗沖蝕壓力會隨有效應力增 加而提升，但於驟變壓力差狀態下，土壤之正規化臨界抗沖蝕壓力會隨有效應力增加而 降低。
(a) 穩定壓力差、σc' =100 kPa (d) 驟變壓力差、σc' =100 kPa
(b) 穩定壓力差、σc' =150 kPa (e) 驟變壓力差、σc' =150 kPa
(a) e=1.003、FC=0% (d) e=0.881、FC=0%
(b) e=0.929、FC=20% (e) e=0.82、FC=20%
(c) e=0.903、FC=40% (f) e=0.788、FC=40%
圖10 試體有效應力與試體臨界沖蝕壓力關係圖
四、結論與建議 4-1 結論
本研究為有效探討低塑性粉土內沖蝕性質，故自行研發FWPH 試驗儀及其試驗方法，
經由一系列重模土樣之試驗結果可知，FWPH 試驗可有效探討土壤內沖蝕性質，且相較
於傳統試驗法，本法不但可應用於含低塑性粉土地層之分析工作，更可探討不同應力狀 態下土壤內沖蝕性質之變化；此外，FWPH 試驗儀可搭配不同試驗方法以探討不同滲流 狀態下，土層之內沖蝕性質變化。
試驗結果証明，無論因穩定壓力差或驟變壓力差所引起之土壤內沖蝕行為，土壤所 能承受之臨界抗內沖蝕壓力會隨低塑性細粒料含量與土壤孔隙比增加而降低；此外，當 土壤承受因穩定壓力差所引起之土壤內沖蝕行為時，其所能承受之臨界抗沖蝕壓力會隨 有效應力增加而提升，但當土壤承受因驟變壓力差所引起之土壤內沖蝕行為時，其所能 承受之臨界抗沖蝕壓力則隨有效應力增加而降低。
3-2 建議
受計畫期程限制，本研究僅以定性的方法瞭解低塑性細粒料含量、孔隙比大小、土 壤效應力與滲流模式對低塑性粉土內沖蝕性質之影響性，後續研究可針對相關影響因素 與土樣來源進行一系列之完整研究，並以定量方式瞭解相關因素對土壤內沖蝕性質之影 響程度。
參考文獻
1. ASTM Standard D4647-06 Standard Test Method for Identification and Classification of Dispersive Clay Soils by the Pinhole Test. ASTM International,West Conshohocken, PA.
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Geotech. J. Vol. 23, pp. 420-423(1986).
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Geotechnique, Vol. 44, NO.3, pp. 449-460(1994).
國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表
日期:2012/11/26
國科會補助計畫
計畫名稱: 低塑性粉土沖蝕性質研究 計畫主持人: 李維峰
計畫編號: 100-2221-E-011-116- 學門領域: 大地工程
無研發成果推廣資料
100 年度專題研究計畫研究成果彙整表
計畫主持人：李維峰 計畫編號：100-2221-E-011-116- 計畫名稱：低塑性粉土沖蝕性質研究
量化
成果項目 實際已達成
數（被接受 或已發表）
預期總達成 數(含實際已
達成數)
本計畫實 際貢獻百
分比
單位
備 註 （ 質 化 說 明：如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ...
等）
期刊論文 0 1 100%
已 投 稿 至 中 國 土 木 水 利 工 程 學 刊 中，現正進行審查 作業。
研究報告/技術報告 1 0 100%
發 表 於 地 工 技 術，並於 2012 年 刊登。
研討會論文 0 0 100%
論文著作 篇
專書 0 0 100%
申請中件數 0 0 100%
專利 已獲得件數 0 0 100% 件
件數 0 0 100% 件
技術移轉
權利金 0 0 100% 千元
碩士生 1 0 100% 已 發 表 一 篇 碩 士 論文。
博士生 0 0 100%
博士後研究員 0 0 100%
國內
參與計畫人力
（本國籍）
專任助理 0 0 100%
人次
期刊論文 0 1 100%
已投稿至 JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY，已完 成 第 一 次 意 見 回 覆。
研究報告/技術報告 0 0 100%
研討會論文 2 0 100%
篇
已分別於今年 10 月和 11 月將研究 相 關 成 果 發 表 於 國際研討會上。
論文著作
專書 0 0 100% 章/本
申請中件數 0 0 100%
國外
碩士生 0 0 100%
博士生 0 0 100%
博士後研究員 0 0 100%
參與計畫人力
（外國籍）
專任助理 0 0 100%
人次
其他成果 (無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等，請以文字敘述填 列。)
本研究計畫除獲得上述研究成果外，更於儀器開發、設計、製造及修改階段，
提供參與人員對土壤內沖蝕機制之通盤性瞭解外，更可增強人員於儀器開發過 程中所需之相關機械、電子及資訊相關知識，於試驗步驟擬定時，更可訓練參 與人員之思考邏輯發展。因此，本研究不但提供參與工作之研究人員結合實務 工作研究之機會，並協助研究人員俱備理論與實務兼顧之研究基礎。
成果項目 量化 名稱或內容性質簡述
測驗工具(含質性與量性) 0
課程/模組 0
電腦及網路系統或工具 0
教材 0
舉辦之活動/競賽 0
研討會/工作坊 0
電子報、網站 0
科 教 處 計 畫 加 填 項
目 計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0
國科會補助專題研究計畫成果報告自評表
請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適 合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。
1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估
■達成目標
□未達成目標（請說明，以 100 字為限）
□實驗失敗
□因故實驗中斷
□其他原因 說明：
2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：
論文：■已發表 □未發表之文稿 □撰寫中 □無 專利：□已獲得 □申請中 ■無
技轉：□已技轉 □洽談中 ■無 其他：（以 100 字為限）
3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以 500 字為限）
於學術研究供獻方面，本研究計畫除了提出相關研究成果報告外，亦於研究成果發表於國 內外之學術期刊，其中包含 1 篇國際期刊、1 篇國內期刊、2 篇國際研討會論文及 1 篇碩 士論文。
於國家發展方面，本計劃透過 Flexible Wall Pinhole 試驗儀之開發與製作，探討粉土於 不同圍壓及沖蝕壓力下之沖蝕性質，並付與定量化的評估指標，此為國際領先性研究，可 供未來國內外重大工程建設，遭遇粉土地層時，地工構造物之設置評估及災害預防。
